湍流边界层Lagrangian拟序结构的辨识  

作　　者：潘翀[1] 王晋军[1] 张草[1] 

机构地区：[1]北京航空航天大学流体力学研究所,北京100083

出　　处：《中国科学（G辑）》2009年第4期627-636,共10页

基　　金：国家杰出青年基金(批准号:10425207);国家自然科学基金(批准号:10832001)资助项目

摘　　要：用时间连续二维PIV测量充分发展湍流边界层,对测量得到的(x,y)平面速度场应用有限时间Lyapunov指数方法辨识Lagrangian拟序结构,发现湍流边界层中的典型Lagrangian拟序结构(LCS)是广义马蹄涡结构,其一端延伸至近壁流区,另一端向外层伸展,在头部具有明显的展向旋转趋势.对从FTLE场中辨识出的LCS的空间形态进行统计分析,发现LCS的倾斜角θ的概率密度分布在近壁区符合t分布,而在外层呈现为双峰分布,其概率峰分别对应马蹄涡的头部和颈部.空间相关分析表明,LCS的平均倾斜角θR沿法向先增加后减小,其数值和变动趋势与瞬时LCS倾斜角θ的均值相同.θ的最可几值在y+=100附近达到最大值24°,说明马蹄涡由涡颈过渡到涡头的位置最有可能出现在y+=100附近.最后对FTLE场进行了时间-空间相关分析,发现LCS的平均对流速度沿法向的分布在对数区与当地边界层的时均速度型基本一致,说明在湍流边界层中马蹄涡的对流决定了边界层内的流体输运特性.

关 键 词：湍流边界层 拟序结构 涡辨识准则 有限时间Lyapunov指数 马蹄涡 

分 类 号：O357.52[理学—流体力学] TQ021.8[理学—力学]